Equipamento de detenção - Arresting gear

Equipamento de detenção
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Um F-14 Tomcat desce para fazer um pouso do trem de parada na cabine de comando  do USS  Theodore Roosevelt (CVN-71) em 2002

Uma engrenagem de apreensão , ou engrenagem de proteção , é um sistema mecânico usado para desacelerar rapidamente uma aeronave quando ela pousa . Prender equipamentos em porta-aviões é um componente essencial da aviação naval e é mais comumente usado em porta - aviões CATOBAR e STOBAR . Sistemas semelhantes também são encontrados em aeródromos baseados em terra para uso expedicionário ou de emergência. Os sistemas típicos consistem em vários cabos de aço colocados na área de pouso da aeronave, projetados para serem pegos pelo gancho da aeronave . Durante uma parada normal, o gancho da cauda engata o fio e a energia cinética da aeronave é transferida para os sistemas de amortecimento hidráulico fixados abaixo do convés do porta-aviões. Existem outros sistemas relacionados que usam redes para pegar as asas da aeronave ou o trem de pouso . Esses sistemas de barricada e barreira são usados ​​apenas para paradas de emergência em aeronaves sem ganchos traseiros operáveis.

História

Aeronave Fairey III-F pousando a bordo do porta-aviões britânico HMS  Furious por volta do início da década de 1930. Os fios do equipamento de travamento são visíveis acima da cabine de comando

Os sistemas de cabos de detenção foram inventados por Hugh Robinson e utilizados por Eugene Ely em seu primeiro pouso em um navio - o cruzador blindado USS  Pennsylvania , em 18 de janeiro de 1911. Esses primeiros sistemas tinham cabos passando por polias e presos a pesos mortos, como sacos de areia . Cabos de detenção mais modernos foram testados no HMS  Courageous em junho de 1931, projetado pelo comandante CC Mitchell .

Os porta-aviões modernos da Marinha dos EUA têm o equipamento de detenção Mark 7 Mod 3 instalado, que tem a capacidade de recuperar uma aeronave de 50.000 libras (23 t) a uma velocidade de engajamento de 130 nós em uma distância de 344 pés (105 m) em dois segundos . O sistema é projetado para absorver energia máxima teórica de 47,5 milhões de libras-pé (64,4 MJ) na extensão máxima do cabo.

Antes da introdução da cabine de comando em ângulo , dois sistemas foram usados ​​(além dos cabos do convés) para evitar que aeronaves pousassem em aeronaves estacionadas mais à frente na cabine de comando: a barreira e a barricada. Se o gancho da aeronave não conseguisse pegar um fio, seu trem de pouso seria preso por uma rede de 3–4 pés de altura (0,91–1,22 m) conhecida como barreira . Se a aeronave pegar um fio ao tocar o solo, a barreira pode ser abaixada rapidamente para permitir que a aeronave taxie sobre ela. A última rede de segurança foi a barricada , uma grande rede de 4,6 m de altura que evitou que a aeronave em pouso colidisse com outra aeronave estacionada na proa. As barreiras não estão mais em uso, embora os dispositivos de travamento baseados no solo às vezes sejam chamados de "barreiras". Barricadas ainda são usadas a bordo de porta-aviões, mas só são armadas e usadas em emergências.

Operação

Um pingente cruzado milissegundos depois que a roda do nariz de uma aeronave passa sobre ele. Os suportes arqueados são molas de lâmina que elevam o pendente acima da cabine de comando.

Uma parada normal é realizada quando o gancho de parada de uma aeronave que se aproxima engata um dos pendentes do convés. Quando uma aeronave de pouso engata um pendente de convés, a força do movimento de avanço da aeronave de pouso é transferida para um cabo de compra que é encaminhado através de polias para o motor de travamento, localizado em uma sala de máquinas abaixo da cabine de comando ou em ambos os lados do pista. À medida que o pendente do convés e o cabo de compra são puxados pela aeronave sendo presa, a energia cinética da aeronave é transferida para energia mecânica dos cabos, e o motor de detenção transfere a energia mecânica dos cabos para energia hidráulica. Este sistema clássico de parada hidráulica está agora sendo suplantado por um que usa eletromagnetismo, onde a absorção de energia é controlada por um motor turboelétrico. O motor de parada provoca uma parada suave e controlada da aeronave no pouso. Na conclusão da apreensão, o gancho de detenção da aeronave é desengatado do pendente do convés, que é então retraído para sua posição normal.

Sistemas baseados no mar

Um intruso Grumman A-6 prestes a pegar o fio # 3.

As transportadoras modernas geralmente têm três ou quatro cabos de retenção colocados na área de aterrissagem. Todas as transportadoras americanas da classe Nimitz , junto com a Enterprise , têm quatro fios, com exceção do USS  Ronald Reagan e do USS  George HW Bush , que têm apenas três. As operadoras da classe Gerald R. Ford também terão três. Os pilotos visam o segundo fio para a configuração de três fios ou o terceiro fio para a configuração de quatro fios para reduzir o risco de pouso curto. As aeronaves que aterrissam em um porta-aviões estão com aproximadamente 85% da aceleração total. No toque, o piloto avança os aceleradores para potência total. Nas aeronaves F / A-18E / F Super Hornet e EA-18G Growler , a aeronave reduz automaticamente o empuxo do motor para 70% assim que a desaceleração de uma parada bem-sucedida é detectada. Este recurso pode ser substituído pelo piloto selecionando pós-combustão máxima. Se a aeronave não conseguir pegar um cabo de travamento, uma condição conhecida como " bolter ", a aeronave terá potência suficiente para continuar descendo pela cabine de comando em ângulo e decolar novamente. Assim que a engrenagem de travamento para a aeronave, o piloto coloca os aceleradores de volta em marcha lenta, levanta o gancho e os taxia para longe.

Além dos CVNs ( porta-aviões nucleares ) americanos, o francês Charles de Gaulle , o almirante russo Kuznetsov , o brasileiro São Paulo , o chinês Liaoning , assim como o indiano Vikramaditya são porta-aviões ativos ou futuros instalados com apetrechos de apreensão.

Sistemas baseados em terra

Os fuzileiros navais dos EUA trabalham em um motor de detenção para um sistema de detenção baseado em terra. Carretel de notas para fita de náilon no fundo.

Os aeródromos militares baseados em terra que operam aviões de caça ou de treinamento a jato também usam sistemas de engrenagens de travamento, embora não sejam necessários para todos os pousos. Em vez disso, eles são usados ​​para pousar aeronaves em pistas curtas ou temporárias, ou para emergências envolvendo falha de freio, problemas de direção ou outras situações em que o uso de toda a extensão da pista não seja possível ou seguro. Existem três tipos básicos de sistemas baseados em terra: equipamento permanente, expedicionário e transbordamento.

Um F-16 faz uma prisão em campo.

Os sistemas permanentes são instalados em quase todos os campos de aviação militares dos EUA que operam aeronaves de caça ou de treinamento a jato. Os sistemas expedicionários são semelhantes aos sistemas permanentes e são usados ​​para pousar aeronaves em pistas curtas ou temporárias. Os sistemas expedicionários são projetados para serem instalados ou desinstalados em apenas algumas horas.

Equipamentos de ultrapassagem consistindo de cabos de gancho e / ou redes elásticas conhecidas como barreiras são comumente usados ​​como um sistema de backup. As redes de barreira prendem as asas e a fuselagem de uma aeronave e usam um motor de travamento ou outros métodos, como correntes de âncora ou feixes de material têxtil tecido para desacelerar a aeronave. Em alguns aeródromos baseados em terra onde a área de superação é curta, uma série de blocos de concreto conhecidos como um sistema supressor de materiais projetados (EMAS) é usada. Esses materiais são usados ​​para pegar o trem de pouso de uma aeronave e desacelerá-lo por meio de resistência ao rolamento e fricção. As aeronaves são paradas pela transferência de energia necessária para esmagar os blocos. Ao contrário de outros tipos de equipamento de detenção, o EMAS também é usado em alguns aeroportos civis onde a área invadida é mais curta do que normalmente seria permitido.

O primeiro uso de uma barreira em um campo de aviação militar foi durante a Guerra da Coréia, quando os caças a jato tiveram que operar em campos de aviação mais curtos, onde não havia margem para erro. O sistema usado foi apenas um transplante da Barreira Davis usada em porta-aviões de convés direto para evitar que qualquer aeronave que perdesse os cabos de detenção colidisse com a aeronave estacionada à frente da área de pouso. Mas, em vez do sistema hidráulico mais complexo usado nos porta-aviões para parar a aeronave quando ela atinge a barreira, o sistema terrestre usou pesadas correntes de âncora de navio para parar a aeronave.

Componentes

Os novos pingentes cross-deck estão enrolados e prontos para instalação rápida.

Os principais sistemas que compõem a engrenagem de apreensão típica são os cabos de gancho ou pendentes, cabos de compra ou fitas, polias e motores de apreensão.

Pingente cross-deck

A mecânica da engrenagem A substitui uma mola de lâmina.

Também conhecidos como cabos ou fios de travamento, os pendentes de cross-deck são cabos de aço flexíveis que se estendem pela área de pouso para serem engatados pelo gancho de travamento de uma aeronave que se aproxima. Nos porta-aviões, há três ou quatro cabos, numerados de 1 a 4 da popa para a frente. Os pingentes são feitos de cabo de aço com um diâmetro de 1,  1+14 ou 1+38 polegadas (25, 32 ou 35 mm). Cada cabo de aço é feito de vários fios torcidos em torno de umnúcleo central de cânhamo oleado, que fornece uma "almofada" para cada fio e também fornece lubrificação do cabo. As extremidades dos cabos são equipadas com acoplamentos terminais projetados para rápido desprendimento durante a substituição e podem ser rapidamente removidos e substituídos (em cerca de 2-3 minutos em porta-aviões). Nas operadoras americanas, os cabos de apreensão são removidos e substituídos a cada 125 pousos presos. Cabos individuais são freqüentemente removidos e deixados "desencapados" para realizar a manutenção em outros componentes do equipamento de apreensão durante a recuperação da aeronave (usando outros sistemas on-line). Os suportes de arame elevam os pendentes do convés vários centímetros para que possam ser pegos pelo gancho de uma aeronave em pouso. Os suportes de arame nos porta-aviões são simplesmente molas de lâmina de aço curvas que podem ser flexionadas para permitir que uma aeronave taxie sobre o pendente instalado no convés. Em sistemas baseados em terra, suportes de borracha em formato de "donut" de 15 cm de diâmetro elevam o cabo da superfície da pista em aproximadamente 7,5 cm.

Compre cabos ou fitas

O cabo de compra é um cabo de aço muito semelhante ao cabo de retenção. Eles são muito mais longos, entretanto, e não foram projetados para serem removidos facilmente. Existem dois cabos de compra por cabo de travamento e eles se conectam a cada extremidade do fio de travamento. Os cabos de compra conectam o fio de travamento aos motores das engrenagens de travamento e "pagam" quando o fio de travamento é engatado pela aeronave. Conforme uma aeronave que chega engata o pendente do convés, o cabo de compra transmite a força da aeronave de pouso do equipamento do convés para o motor de travamento. O pendente (fio de travamento) é "estampado" (preso) ao cabo de compra por meio de um laço criado com zinco aquecido a 1.000 ° F (538 ° C). Essa fabricação a bordo é considerada perigosa e foi relatado que a Marinha dos Estados Unidos está testando o uso de uma prensa automática para realizá-la com mais segurança. Em sistemas baseados em terra, fitas de náilon pesadas são usadas no lugar dos cabos de compra, mas têm a mesma função.

Feixes

Adquira cabos ou fitas passando por polias na cabine de comando ou ao longo da pista para os motores de travamento. As polias mais úmidas atuam como amortecedores hidráulicos que proporcionam o aumento das velocidades de pouso.

Engrenagem de retenção tipo spray

Em 1957, o conceito de um pistão sendo puxado através de um tubo de água foi proposto pela primeira vez como um sistema de engrenagem de detenção barato para bases aéreas terrestres. No início dos anos 1960, os britânicos pegaram esse conceito básico e desenvolveram um sistema de travamento do tipo spray para uso terrestre e marítimo. O motor tinha cilindros hidráulicos que se moviam através de um tubo cheio de água, com um tubo menor ao lado com orifícios de vários tamanhos ao longo de seu comprimento. A Royal Navy alegou que não havia limite de peso teórico, mas havia um limite de velocidade.

Mecanismos de parada

Um F / A-18 Hornet engata o fio # 4, com a roldana retrátil branca em primeiro plano.

Cada pendente tem seus próprios sistemas de motor que absorvem e dissipam as energias desenvolvidas quando uma aeronave pousa é detida. Nos transportadores americanos da classe Nimitz , são utilizados sistemas hidropneumáticos, cada um pesando 43 toneladas curtas (39  t ), em que o óleo é forçado hidraulicamente para fora de um cilindro por um aríete conectado ao cabo de compra, por meio de uma válvula de controle. Um grande desenvolvimento na engrenagem de travamento foi a válvula de controle de runout constante, que controla o fluxo de fluido do cilindro do motor para o acumulador e é projetada para parar todas as aeronaves com a mesma quantidade de runout, independentemente da massa e da velocidade. O peso da aeronave é definido por cada operador do motor de engrenagem de parada. Durante as operações normais, uma "configuração de peso único" é usada para simplificar. Esse peso é geralmente o peso máximo de pouso, ou "armadilha máxima", para a aeronave. Em certos casos, normalmente o mau funcionamento da aeronave que afeta a velocidade de aproximação, um "ajuste de peso único" é usado para garantir a absorção adequada de energia pelo sistema. O operador da aeronave recebe o peso da aeronave pelo oficial da Força Aérea no Controle de Voo Principal. O operador então configura a válvula de controle de runout constante para a configuração de peso apropriada para aquela aeronave. O ajuste de pressão para o motor de engrenagem de parada permanece a uma pressão constante de cerca de 400 psi (2.800 kPa). A válvula de escape constante (CROV) para a aeronave, em oposição à pressão hidráulica.

Os sistemas terrestres permanentes e expedicionários geralmente consistem em dois motores de parada localizados em cada lado da pista. Os motores de travamento aplicam força de frenagem às bobinas que seguram as fitas de compra, o que, por sua vez, desacelera a aeronave e a faz parar. Os dois métodos mais comuns usados ​​por motores de detenção baseados em terra para aplicar a força de frenagem são o freio de fricção rotativo e os sistemas hidráulicos rotativos, ou "turbulento". O freio de fricção rotativo é simplesmente uma bomba hidráulica acoplada à bobina que aplica uma pressão graduada aos freios multidiscos montados na bobina. O sistema hidráulico rotativo é uma turbina dentro de uma caixa cheia de água / glicol acoplada à bobina. A turbulência gerada na mistura água / glicol pela turbina durante a parada fornece a resistência para desacelerar o molinete e parar a aeronave. Uma vez que a aeronave é liberada do cabo, as fitas e o cabo são retraídos por um motor de combustão interna ou motor elétrico instalado no motor de parada.

A saída excessiva durante uma parada é uma condição conhecida como "dois blocos". Este nome é derivado da linguagem naval quando toda a linha foi puxada por um sistema de polia, os dois blocos de polia estão se tocando, portanto, "dois bloqueados". O desvio excessivo pode ser causado por configurações inadequadas do mecanismo de travamento, excesso de peso bruto da aeronave, excesso de velocidade de engajamento da aeronave ou excesso de empuxo do avião aplicado durante a detenção. Os pousos descentrados também apresentam o perigo de danificar a engrenagem de travamento.

Sistema de pouso de trem de detenção avançado

Eletroímãs estão sendo usados ​​no novo sistema Advanced Arresting Gear (AAG) em porta-aviões americanos. O sistema atual (acima) depende do sistema hidráulico para desacelerar e parar uma aeronave no pouso. Embora o sistema hidráulico seja eficaz, conforme demonstrado por mais de cinquenta anos de implementação, o sistema AAG oferece uma série de melhorias. O sistema atual é incapaz de capturar veículos aéreos não tripulados (UAVs) sem danificá-los devido a tensões extremas na fuselagem. Os UAVs não têm a massa necessária para acionar o grande pistão hidráulico usado para prender aviões tripulados mais pesados. Com o uso de eletromagnéticos, a absorção de energia é controlada por um motor turboelétrico. Isso torna a armadilha mais suave e reduz o choque na fuselagem. Embora na cabine de comando o sistema pareça igual ao de seu antecessor, será mais flexível, seguro e confiável e exigirá menos manutenção e pessoal. Este sistema está sendo testado no USS Gerald R. Ford e será instalado em todos os porta-aviões da classe Gerald R. Ford .

Barricada

Barricada da transportadora na posição elevada
Um S-3A Viking fazendo um pouso de emergência na barricada no convés de vôo do USS  Abraham Lincoln  (CVN-72) . A aeronave não conseguiu fazer uma recuperação normal presa devido ao trem de pouso danificado.

A barricada é um sistema de recuperação de emergência usado apenas quando uma parada normal (pendente) não pode ser feita. A barricada está normalmente em uma condição retraída e armada apenas quando necessário. Para armar uma barricada, ela é esticada ao longo da cabine de comando entre pilares, que são elevados a partir da cabine de comando. A montagem da barricada é praticada rotineiramente pelo pessoal da cabine de comando da companhia aérea dos EUA; uma equipe bem treinada pode realizar a tarefa em menos de três minutos.

O cinto de barricada consiste em correias de carregamento horizontais superior e inferior unidas umas às outras nas extremidades. Cinco tiras de engate verticais, espaçadas de 6,1 m (20 pés), são conectadas a cada tira de carga superior e inferior. A teia da barricada é elevada a uma altura de aproximadamente 6 metros. A teia de barricada engata nas asas da aeronave de pouso, em que a energia é transmitida da teia de barricada através do cabo de compra para o motor de parada. Após a detenção da barricada, as correias e os cabos do convés são descartados e os postes são baixados de volta para suas fendas rebaixadas. Enfrentamentos de barricadas são raros, já que os ganchos de cauda são projetados para serem extremamente à prova de falhas, e uma aeronave retornando do combate com danos tão severos provavelmente não seria capaz de pousar. Este dispositivo foi instalado em todos os porta-aviões americanos e no francês Charles de Gaulle , enquanto os porta-aviões brasileiros CATOBAR e russo e indiano STOBAR possuem apenas aparelhos de parada convencionais instalados.

Veja também

Referências

links externos